1、表面化学论文姓 名：李祖杰学 号：200911104101学 院：理学院专业班级：应用化学 091对液体的表面探讨【摘要】: 液体表面的最基本的特性是趋向于收缩，这是由于液面上的分子受力不均衡，本文介绍了对液体的表面附加压强，毛细现象和溶液的表面吸附-Gibbs 吸附公式的探讨。【关键词】: 表面张力; 附加压强; 吸附; 润湿弯曲液面的附加压强一、附加压强形成的物理过程从表面张力、表面能等概念及热力学基本方程出发 ,结合几何知识讨论了任意形状的弯曲液面下所产生的附加压强的量值几种推导方法1、水平面：对某一小面积水平面来看，沿水平面的四周，水平面以外的表面对水平面有表面张力的作用，力的方向与周
2、界垂直，而且沿周界处与表面相切。如果液面是水平的，则作用于边界的力 f 也是水平的，当平衡时，沿周界的表面作用力互相抵消，此时液体表面内外的压力相等，而且等于表面上的外压 Po. 2、凸液面:如果液面是弯曲的，则沿水平面的周界上的表面作用力f 不是水平的，平衡时，作用于边界的力将有一合力，当液面为凸形时，合力指向液体内部3、凹液面：当液面为凹形时，合力指向液体外部，这就是附加压力的来源。对于凹面，则水平面好像要被拉出液面，因此液体内部的压力将小于外面的压力。4、PS 的特点：PS 的方向总是指向弯曲液面的曲率中心。二、附加压强 PS 与 R 的关系（功能原理）1、小液滴由 R R+dR 外力作
3、 RPASd4d2、液滴表面能增量液滴表面积增量 S8)4(d2表面能增量 REd3、由功能原理根据公式 则：球形凸液面内压强Ad RP20球形凹液面内压强 RP20润湿不润湿毛细现象一、润湿与不润湿现象1、现象：水玻璃：润湿 水石蜡：不润湿2、润湿与不润湿的物理过程（1）附着层：固液接触处，厚度等 R 的一层液体（2）附着层内分子受力与液面形状附着附着 层层R内聚内聚力力附着附着力力f凹液面凹液面 凸液面凸液面f3、定量描述（1）接触角：固液接触处，固体表面与液体表面的切线在液体内部形成的角。（2）润湿：=P（/2） 不润湿:=f(/2)完全润湿:=0 完全不润湿 =4、掺杂对接触角的影响（
4、1）润湿剂、清洁剂：使 减小（2）防水剂：使 增大二、毛细现象1、现象：水玻璃管 液面上升水银玻璃管 液面下降2、朱伦公式( ）h（1）毛细上升的经过（润湿）润湿凹液面向上 液面升高0PAp（2）公式推导：根据公式 RPA20RPghAB20得 0C设毛细管半径为 r,则 cos当：cs2ghohfp020oph当： 或0得 grh2溶液的表面吸附-Gibbs 吸附公式1.Gibbs 公式推导：因为定温定压，所以 0dpT，又因为假定溶液本体浓度恒定，所以（1）sssBdndAGn210式中 代表表面层中溶剂 1 和溶剂 2 的化学势； 代ss21、 sn21、表表面层中溶剂 1 和溶剂 2
5、的物质的量。当 恒定时，上式积分得：s21、 sss nAG21因为 是状态函数，可进行全微分，所以s（2ssssdndn22 11）比较等式（1）与（2） ，得：（3)(21ssdnAd）该式实际为适用于表面层的 Gibbs-Duhem 方程(p64)。而适合于溶液本体的 Gibbs-Duhem 方程为：或 021dn21dn因为吸附达到平衡时， ，所以Bs2211dnss代入式（3）得： 212221 dndnAdsss 令 ，定义为溶质 2 的表面吸附量（表面超量） ，则ns12222d因为 ，所以202lnaRT222 1ldd于是有222 daRTa对于理想溶液或理想稀溶液， ，则2
6、c22dRT这就是 Gibbs 吸附等温式。2. Gibbs 公式了解：Gibbs 用热力学方法求得定温下溶液的浓度，表面张力和吸附量之间的定量关系，通常称为 Gibbs 吸附公式：dcRT其中 c 是溶液本体浓度， 是溶液表面张力。表面吸附量 的定义为：单位面积的表面层所含溶质的物质的量比同量溶剂在本体溶液中所含溶质的物质的量的超出值。在式中，当 d/dc0 ，即增加浓度使表面张力下降时， 0，即溶质在表面层发生正吸附；当 d/dc0 时，此时表面层中溶质所占的比例比本体溶液中要小，非表面活性物质就是属于这种情况，无机强电解质和高度水化的有机物都有此行为，其原因是在于离子极易水化，将这些高度水化的物质从本体移到表面层需要相当大的能量才能脱去一部分水【参考文献】1 天津大学物理化学教研室. 物理化学: 下册M. 北京: 高等教育出版社, 1983: 142.2 江琳才, 黄炳灯, 李星华. 物理化学M. 北京: 高等教育出版社, 1995: 482.3 印永嘉 , 奚正楷, 李大珍. 物理化学简明教程 M. 北京: 高等教育出版社, 1992: 391.4上海师大等.物理化学M.北京 4 高等教育出版社。19905肖衍繁.物理化学M，天津：天津大学出版社，1997P333-341
